分析高層建筑的設(shè)計(jì)方法

1、<p>　　分析高層建筑的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　【摘 要】隨著高層建筑進(jìn)一步發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析模型等元素變得更復(fù)雜化，使得高層建筑設(shè)計(jì)技術(shù)性更強(qiáng)，需要考慮的因素更多。如今高層建筑屢見不鮮，各建筑都有著各自不同的特點(diǎn)，因此革新高層樓房，體現(xiàn)高層建筑的與眾不同，追求新穎的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)出更好的高層建筑，這是工程師們追求的目標(biāo)。高層建筑在設(shè)計(jì)上首先要考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析其結(jié)構(gòu)并進(jìn)行

2、設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出的作品不僅要實(shí)用、安全、美觀，還要考慮其造價(jià)成本，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)更需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)方法；高層建筑；分析 </p><p>　　高層建筑是指超過一定高度或者是一定層數(shù)的多層建筑，我國自2005年起規(guī)定建筑物超過10層或者是超過24.0m高度的為高層建筑。自1883年～1885年在美國芝加哥建起的家庭保險(xiǎn)公司大廈（共10層，高55.0

3、米），從此高層建筑就飛速發(fā)展[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市用地趨于緊張化，為了緩解城市用地緊張，高層建筑不斷增多，而且建筑層數(shù)也不斷增多。建筑物建造越高就越需要考慮工程結(jié)構(gòu)、造價(jià)、安全等問題，其技術(shù)要求就越高。而在建造之前首先考慮的就是設(shè)計(jì)問題，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案是建好一棟高層建筑的關(guān)鍵因素之一。因此，本文從高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)分析方法以及設(shè)計(jì)方法，分析高層建筑設(shè)計(jì)方法，為高層建筑的設(shè)計(jì)提供參考。 </p>&l

4、t;p>　　1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn) </p><p>　　1.1 水平載荷因素 </p><p>　　任何一個(gè)建筑設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)要同時(shí)承受建筑物的縱向荷載及風(fēng)產(chǎn)生的橫向荷載，而且還要考慮設(shè)計(jì)抗震能力[2]。一方面，樓房自身重量與樓面載荷對(duì)豎鉤件產(chǎn)生的軸力與彎矩?cái)?shù)值，與建筑物高度的一次方成正比；橫向荷載對(duì)樓房建筑產(chǎn)生傾覆力矩，以及對(duì)豎鉤件產(chǎn)生的軸力，與建筑物高度的兩次方成正比；另

5、一方面，對(duì)在一定高度范圍內(nèi)的建筑物，垂直荷載基本上是定值，而橫向荷載中的風(fēng)荷載及抗震作用，其數(shù)值會(huì)隨著樓房結(jié)構(gòu)動(dòng)力的不同而改變，存在較大變化。因此在高層建筑中，雖然縱向荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要影響，但是起決定性作用的卻是橫向荷載，其是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。 </p><p>　　1.2 軸向變形因素 </p><p>　　高層建筑中，縱向荷載是很大的，能引起軸向發(fā)生較大變形，并對(duì)連續(xù)梁

6、彎矩產(chǎn)生較大影響，從而造成連續(xù)梁中間支柱上的負(fù)彎矩值變少，跨中正彎矩之和端支柱的負(fù)彎矩值變大；影響預(yù)制構(gòu)件的下料長度，應(yīng)根據(jù)軸向變形值調(diào)整下料長度；縱向荷載還會(huì)影響構(gòu)件的剪力及側(cè)移，從得出的結(jié)果看出其安全系數(shù)較構(gòu)件豎向變形的安全系數(shù)低[3]。 </p><p>　　1.3 側(cè)移―控制指標(biāo) </p><p>　　與低建筑物不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。隨著樓層高度的增加，橫

7、向荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移會(huì)出現(xiàn)很大的變形，而建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載影響下的側(cè)移需要控制在某一范圍內(nèi)。 </p><p>　　1.4 結(jié)構(gòu)延性―設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　與低樓房相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)顯得更柔和一些，在遇到地震時(shí)其變形程度更大一些。結(jié)構(gòu)延性是衡量建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的重要指標(biāo)，為了使建筑結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍擁有較強(qiáng)變形能力，防止倒塌，需要在建筑結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)有效的措施，確保建筑結(jié)構(gòu)有著

8、足夠的延性。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，對(duì)影響建筑結(jié)構(gòu)不安全的各項(xiàng)因素做綜合、合理的分析并實(shí)施有效措施以降低結(jié)構(gòu)破壞率。 </p><p>　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)的基本假設(shè)定 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)大型空間結(jié)構(gòu)體系，其由縱向抗側(cè)力構(gòu)件通過橫向樓板連接而成。而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)分析完全采用三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是非常困難的，為

9、了使計(jì)算更容易，對(duì)不同的分析方法都引入簡(jiǎn)化的計(jì)算模型。以下是較常見的幾個(gè)基本假定。 </p><p>　　2.1.1 彈性假定 </p><p>　　當(dāng)前，建筑工程上采用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法是彈性計(jì)算方法。在縱向荷載或水平荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)常處在彈性工作階段，這個(gè)假定大體符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作情況。但是在遭遇強(qiáng)大臺(tái)風(fēng)或者是巨大地震作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)通常會(huì)發(fā)生較大位移、出現(xiàn)裂痕，進(jìn)而進(jìn)入彈

10、塑性工作階段。此時(shí)不應(yīng)采用彈性計(jì)算方法計(jì)算位移和內(nèi)力，因?yàn)榇朔椒ㄓ?jì)算得出的結(jié)果體現(xiàn)不出結(jié)構(gòu)真正的工作狀況，而應(yīng)采用彈塑性動(dòng)力分析方法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2.1.2 微變形假定 </p><p>　　微變形假定也是各種實(shí)用結(jié)構(gòu)分析普遍采用的基本假定。其中有不少人還研究了幾何非線性問題中的P-Δ效應(yīng)，認(rèn)為樓頂水平位移Δ與樓房高度H的比值大于1與500的比值時(shí)，P-Δ效應(yīng)產(chǎn)生的

11、影響就不能被忽視。 </p><p>　　2.1.3 剛性樓板假定 </p><p>　　多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法都是假定樓板在自身平面上的剛度無窮大，而忽略平面外的剛度。這個(gè)假定在很大程度上減少了建筑結(jié)構(gòu)的位移度，使計(jì)算方法簡(jiǎn)化，為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算建筑簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)提供了可能。一般認(rèn)為，對(duì)框架結(jié)構(gòu)體系及剪力結(jié)構(gòu)體系均采用這個(gè)假定也是可以的，但是對(duì)縱向剛度存在突變的結(jié)構(gòu)，樓板剛度小，出

12、現(xiàn)抗側(cè)力構(gòu)件間距大、樓層層數(shù)較少等情況，出現(xiàn)樓板變形度大，對(duì)頂部各層內(nèi)力、位移、結(jié)構(gòu)底部的影響更大，因此可對(duì)樓層剪力做合理調(diào)整以便考慮這些因素造成的影響。 </p><p>　　2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法 </p><p>　　2.2.1剪力墻結(jié)構(gòu) </p><p>　　決定剪力墻受力特性與變形程度的是剪力墻的開洞情況。根據(jù)單片剪力墻中受力的不同分為特殊開洞墻、小

13、開口整體墻、單肢墻等類型。不同類型剪力墻，截面應(yīng)力的分布范圍也有所不同，因此在計(jì)算內(nèi)力和位移時(shí)應(yīng)選用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算選用的方法是平面有限單元法，該方法計(jì)算較精確，適用于各種類型的剪力墻。但其也有缺點(diǎn)，該計(jì)算方法的自由度較大，機(jī)時(shí)消耗的費(fèi)用較多，一般只用在特殊開洞墻的過渡層等截面應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。 </p><p>　　2.2.2 框架剪力墻結(jié)構(gòu) </p><p>　　框架

14、剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)于內(nèi)力、位移的計(jì)算方法較多，通常采用的假定方法是連梁連續(xù)化假設(shè)。根據(jù)框架水平位移、剪力墻等條件，可建立與外荷載、位移有關(guān)的微分方程式進(jìn)行求解，但該方法引進(jìn)的未知量和需考慮因素不同，其不同方法解答的詳細(xì)情況也不相同?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)選用的機(jī)算方法是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃П谑娇蚣?，然后再用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法進(jìn)行求解。 </p><p>　　2.2.3 簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu) </p><p>　　簡(jiǎn)體結(jié)

15、構(gòu)分析方法根據(jù)計(jì)算模型處理方法不同分為：等效離散化方法、三維空間分析方法、等效連續(xù)化方法。（1）等效離散化是把連續(xù)的墻體分為等效離散的桿件，然后采用合適桿系結(jié)構(gòu)方法分析。（2）等效連續(xù)化法把結(jié)構(gòu)中離散桿件看作是等效連續(xù)化進(jìn)行處理。（3）三維空間結(jié)構(gòu)分析方法比等效離散化法與等效連續(xù)化法更為精確，其中空間桿-薄壁桿系矩陣位移法使用最廣。該方法將高層建筑結(jié)構(gòu)由空間柱元、空間梁元以及薄壁柱元組合形成空間桿系結(jié)構(gòu)，空間梁柱端節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度。 &

16、lt;/p><p><b>　　3、結(jié)語 </b></p><p>　　高層建筑設(shè)計(jì)是一門技術(shù)性很強(qiáng)的工作，需要工程師不斷深入研究，設(shè)計(jì)出既新穎又實(shí)用的高層建筑。而在建筑的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜、綜合性強(qiáng)的技術(shù)工作，集結(jié)了機(jī)構(gòu)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及物理力學(xué)、數(shù)學(xué)優(yōu)化方法于一體，對(duì)國家建設(shè)有著重大意義[4]。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，設(shè)計(jì)一個(gè)高層建筑的結(jié)構(gòu)需要應(yīng)付大量細(xì)小的工作，

17、對(duì)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性問題不夠重視，造成同一工程項(xiàng)目經(jīng)過不同工程師的設(shè)計(jì)，工程造價(jià)差別很大，出現(xiàn)嚴(yán)重造價(jià)浪費(fèi)。隨著我國房地產(chǎn)發(fā)展迅速，房?jī)r(jià)不斷上漲，在高層建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮建筑結(jié)構(gòu)、安全等問題，還要考慮工程造價(jià)，因此，通過對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可降低工程造價(jià)成本。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]侯巧玲，付剛.高層建筑結(jié)

18、構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法研究[J].價(jià)值工程.2010（21）. </p><p>　　[2]于江.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2010（06）. </p><p>　　[3]張立安.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2010（05）. </p><p>　　[4]何俊旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)選型探討[J]